一种铝基复合材料及其制备方法与齿轮技术

本发明专利技术公开了一种铝基复合材料及其制备方法与齿轮，属于复合材料技术领域。该材料的制备包括：将预制混合物料与铝合金基料混合所得的混合料进行放电等离子烧结，热处理；预制混合物料包括纳米级别的氧化铝和微米和/或亚微米级别的氧化镁。通过将上述方法能够避免氧化铝与大粒径的铝合金颗粒因颗粒尺寸差别太大，导致氧化铝颗粒容易形成偏聚，宏观尺度上很难混合均匀；氧化铝与氧化镁颗粒混合后可在烧结过程中在二者接触面生成尖晶石和Al，以改善界面结构，提高纳米氧化铝与铝合金颗粒的界面结合强度，并且，尖晶石可将纳米氧化铝隔离开，避免微观团聚。所得的铝基复合材料具有较佳的硬度、抗拉强度和屈服强度，可用于制备轻量化齿轮产品。量化齿轮产品。量化齿轮产品。

【技术实现步骤摘要】
一种铝基复合材料及其制备方法与齿轮


[0001]本专利技术涉及复合材料
，具体而言，涉及一种铝基复合材料及其制备方法与齿轮。

技术介绍

[0002]齿轮是机械装备重要的零件，通过齿轮间的啮合，实现转矩传输。齿轮要求具有较高的强度和硬度，良好的韧性和耐磨性能。目前常用的齿轮材料包括调制钢、灰铸铁、球墨铸铁等。随着机械装备向轻量化、节能环保方向的发展，轻量化也成为齿轮的发展趋势。铝合金是重要的轻量化材料，然而，由于铝合金的强度低、硬度和耐磨性能差，常规的铝合金齿轮故障率高，使用寿命短，可靠性低。
[0003]纳米氧化铝颗粒增强铝基复合材料具有质量轻、比强度高、增强体颗粒便宜等优点，是制备轻量化齿轮的理想材料。然而，纳米氧化铝颗粒粒径小，表面活性高，容易团聚形成尺寸较大的团聚体。且氧化铝与铝合金润湿性差，导致氧化铝颗粒与铝合金基体之间界面结合差。同时，常规的铝合金基体硬度低，影响了材料的耐磨性能。
[0004]以上因素，制约着纳米氧化铝颗粒增强铝基复合材料的性能及其在齿轮领域的应用。
[0005]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种铝基复合材料的制备方法，该方法简单，易操作，可获得具有较佳的硬度、抗拉强度和屈服强度的铝基复合材料。
[0007]本专利技术的目的之二在于提供一种由上述制备方法制备而得的铝基复合材料。
[0008]本专利技术的目的之三在于提供一种制备原料包括上述铝基复合材料的齿轮。
[0009]本申请可这样实现：
[0010]第一方面，本申请提供一种铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将预制混合物料与铝合金基料混合所得的混合料进行放电等离子烧结，随后再进行热处理；
[0012]预制混合物料包括氧化铝和氧化镁；氧化铝的尺度为纳米级别，氧化镁的尺度包括微米级别和亚微米级别中的至少一种。
[0013]在可选的实施方式中，氧化铝为平均粒径为5
‑
50nm的颗粒；
[0014]和/或，氧化镁为平均粒径为100nm
‑
2μm的颗粒。
[0015]在可选的实施方式中，氧化铝与氧化镁的质量比为5
‑
10:1。
[0016]在可选的实施方式中，铝合金基料具有以下特征中的至少一种：
[0017]特征一：铝合金基料的化学成分包括10.5
‑
12.5wt％的Si、1.5
‑
2.5wt％的Cu、0.15
‑
0.45wt％的Mg以及≤0.25wt％的无法避免的杂质，余量为Al；
[0018]特征二：铝合金基料为平均粒径为20
‑
400μm的铝合金颗粒；
[0019]特征三：铝合金基料与预制混合物料的质量比为10
‑
20:1。
[0020]在可选的实施方式中，预制混合物料由氧化铝和氧化镁于250
‑
300r/min的条件下球磨2
‑
5h而得。
[0021]在可选的实施方式中，混合料是由预制混合物料与铝合金基料于250
‑
300r/min的条件下球磨5
‑
20h而得。
[0022]在可选的实施方式中，放电等离子烧结包括以下特征中的至少一种：
[0023]特征一：烧结温度为500
‑
600℃；优选为540
‑
560℃；
[0024]特征二：烧结时间为3
‑
10min；
[0025]特征三：烧结压力为30
‑
50MPa；优选为35
‑
45MPa；
[0026]特征四：烧结过程的升温速率为150
‑
200℃/min；
[0027]特征五：烧结后随炉冷却或空冷；
[0028]特征六：放电等离子烧结后，氧化镁和氧化铝的接触面生成有MgAl2O4和Al。
[0029]在可选的实施方式中，热处理方式为T6热处理。
[0030]在可选的实施方式中，热处理包括先于450
‑
500℃的条件下保温4
‑
8h，淬火后再于165
‑
200℃的条件下保温6
‑
12h。
[0031]在可选的实施方式中，热处理后，铝合金基料析出有强化相。
[0032]第二方面，本申请提供一种铝基复合材料，经前述实施方式任一项的制备方法制备而得。
[0033]在可选的实施方式中，铝基复合材料中，氧化铝均匀分布于铝合金基料中。
[0034]在可选的实施方式中，铝基复合材料的抗拉强度为400
‑
450MPa。
[0035]在可选的实施方式中，铝基复合材料的屈服强度为350
‑
390MPa。
[0036]在可选的实施方式中，铝基复合材料的硬度为160
‑
220HB。
[0037]第三方面，本申请提供一种齿轮，其制备原料包括前述实施方式的铝基复合材料。
[0038]本申请的有益效果包括：
[0039]通过将纳米级别的氧化铝先与微米级别和/或亚微米级别的氧化镁预混合后再与铝合金基料混合，能够避免氧化铝与大粒径的铝合金颗粒因颗粒尺寸差别太大，导致氧化铝颗粒容易形成偏聚，宏观尺度上很难混合均匀。上述氧化铝与氧化镁颗粒混合后，在烧结过程中可在二者的接触面生成尖晶石和Al，此生成物一方面能够改善界面结构，提高纳米氧化铝与铝合金颗粒的界面结合强度，另一方面尖晶石可将纳米氧化铝隔离开，避免微观团聚；此外，上述生成物能够使氧化铝和基体铝合金颗粒相互粘结，结合致密，从而提高铝基复合材料的强度，避免其韧性下降。所得的铝基复合材料具有较佳的硬度、抗拉强度和屈服强度，可用于制备轻量化齿轮产品。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0041]图1为实施例1中S1所得的预制混合物料的SEM照片；
[0042]图2为实施例1中S2所得的混合料的SEM照片；
[0043]图3为实施例1中S3所得的冷却后的物料的SEM照片；
[0044]图4为实施例1中S4所得的铝基复合材料在放大2000倍下的SEM照片；
[0045]图5为实施例1中S4所得的铝基复合材料在放大40000倍下的SEM照片；
[0046]图6为对比例1中S3所得的铝基复合材料在放大50倍下的SEM照片；
[0047]图7为对比例12中S3所得的铝基复合材料在放大2000倍下的SEM照片；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将预制混合物料与铝合金基料混合所得的混合料进行放电等离子烧结，随后再进行热处理；所述预制混合物料包括氧化铝和氧化镁；所述氧化铝的尺度为纳米级别，所述氧化镁的尺度包括微米级别和亚微米级别中的至少一种。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化铝为平均粒径为5
‑
50nm的颗粒；和/或，所述氧化镁为平均粒径为100nm
‑
2μm的颗粒。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化铝与所述氧化镁的质量比为5
‑
10:1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝合金基料具有以下特征中的至少一种：特征一：所述铝合金基料的化学成分包括10.5
‑
12.5wt％的Si、1.5
‑
2.5wt％的Cu、0.15
‑
0.45wt％的Mg以及≤0.25wt％的无法避免的杂质，余量为Al；特征二：所述铝合金基料为平均粒径为20
‑
400μm的铝合金颗粒；特征三：所述铝合金基料与所述预制混合物料的质量比为10
‑
20:1。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述预制混合物料由氧化铝和氧化镁于250
‑
300r/min的条件下球磨2
‑
5h而得。6.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述混合料是由所述预制混合物料与所述铝合金基料于250
‑
300r/min的条件下球磨5
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马秀荣，
申请(专利权)人：江西寰球新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：